DE945464C - Schaltungsanordnung zum Messen elektrischer Spannungen oder Stroeme - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Messen elektrischer Spannungen oder Stroeme

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DE945464C
DE945464C DEB2888A DEB0002888A DE945464C DE 945464 C DE945464 C DE 945464C DE B2888 A DEB2888 A DE B2888A DE B0002888 A DEB0002888 A DE B0002888A DE 945464 C DE945464 C DE 945464C
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DEB2888A
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Dr Gustav Barth
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GUSTAV BARTH DR
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GUSTAV BARTH DR
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0046Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof characterised by a specific application or detail not covered by any other subgroup of G01R19/00
    • G01R19/0076Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof characterised by a specific application or detail not covered by any other subgroup of G01R19/00 using thermionic valves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant

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Description

  • Schaltungsanordnung zum Messen elektrischer Spannungen oder Ströme Zusatz zum Patent 943420 In dem Hauptpatent ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, bei welcher der zu messende elektrische Widerstand, dessen Wert vornehmlich in einem sehr weiten Bereich liegen kann, Teil eines mit Gleichstrom oder Wechselstrom betriebenen Netzes oder Netzwerkes ist, in welches spannungsabhängige bzw. stromabhängige Widerstände in der Weise eingefügt sind, daß ihre Werte von Strom und Spannung des zu messenden Widerstandes abhängen und sich bei Variation dieses Widerstandes vorzugsweise im gleichen Sinne und in der gleichen Größenordnung wie dieser ändern, so daß eine von den genannten Elementen abhängige elektrische Größe des Netzes oder Netzwerkes ein Maß für die Größe des zu bestimmenden Widerstandes bildet.
  • Die Erfindung betrifft die Anwendung des dem Hauptpatent zugrunde liegenden Erfindungsgedankens zum Messen elektrischer Spannungen oder Ströme, deren Werte vornehmlich innerhalb eines sehr ausgedehnten Bereiches liegen.
  • Für Spannungsmessungen an Objekten mit sehr großen Widerständen verwendet man außer elektrostatischen Spannungsmessern Röhrengalvanometer, die ersteren gegenüber bezüglich Empfindlichkeit, Zeitdauer eines Meßvorganges, Handhabung und ganz besonders bezüglich Aufstellung und Justierung große Vorteile aufweisen.
  • Um die Messung mit einem Röhrengalvanometer möglichst verlustlos zu gestalten, wählt man den Arbeitspunkt der Röhre in bezug auf den Gitterstrom derart, daß man im Punkt des freien Gitter- potentials, d. h. beim Gitterstrom Null, arbeitet.
  • Die zu messende Spannung bewirkt ein Abweichen von diesem Arbeitspunkt und damit einen Gitterstrom, der eine Belastung des Meßobjektes mit sich bringt, die mit größer werdender Spannung sehr rasch anwächst und dadurch bei großen Widerständen des Meßobjektes zu falschen Ergebnissen führen kann. Diese Gefahr liegt besonders dann nahe, wenn bei der Messung an einem Objekt einzelne Meßreihen sich über relativ kleine Spannungen, andere dagegen über Spannungen erstrecken, die um viele Zehnerpotenzen größer sind, und die Erweiterung des Meßbereiches des Röhrengalvanometers dabei in bekannter Weise durch Shunten des Anzeigeinstrumentes erfolgt.
  • Ein charakteristisches Beispiel dafür ist die Messung des Kristallphotoeffektes \ in Abhängigkeit von der Frequenz des einfallenden Lichtes bei verschiedenen Temperaturen. Der geschilderte Fehler kann hier so groß werden, daß zwar für relativ kleine Meßspannungen der Widerstand des Röhrengalvanometers groß gegenüber dem Meßobjekt ist, die Messung also, die Photospannung ergibt, bei großen Meßspannungen dagegen so klein wird, daß die Messung praktisch zu einer Kurzschluß strommessung ausartet. Der geschilderte über stand ist der Hauptgrund dafür, daß Röhrengalvanometer bisher wenig Eingang in die Meßtechnik gefunden haben.
  • Diesen tSbelstand beseitigt die vorliegende Erfindung durch die gleichen Schaltmaßnahmen, wie sie im Hauptpatent beschrieben sind, und zwar dadurch, daß das Meßobjekt, dessen Spannung oder Strom gemessen werden soll, Teil eines mit Gleichstrom oder Wechselstrom betriebenen Netzes oder Netzwerkes ist, in welches spannungsabhängige oder stromabhängige Widerstände in der Weise eingefügt sind, daß ihre Werte von Spannung oder Strom des Meßobjektes abhängen und sich bei Änderung dieser Größen vorzugsweise in der gleichen Größenordnung wie diese ändern, so daß eine von den genannten Elementen abhängige Größe des Netzes oder Netzwerkes ein Maß für die zu bestimmende Größe des Meßobjektes bildet.
  • Das Wesen der Erfindung sei an Hand der Fig. I und 2 näher erläutert. Fig. I zeigt die Anwendung des Erfindungsgedankens auf eine an sich bekannte Röhrengalvanometerschaltung gemäß der deutschen Patentschrift 76304in Die Schaltung arbeitet mit einer Raumladegitterröhre I in Brücken, schaltung und wird aus der Gleichstromquelle 2 gespeist. Die Widerstände 3, 4 dienen zur Herstellung der erforderlichen Heizspannung und Steuergittervorspannung. Die Spannungen an der Röhre sind so gewählt, daß bei kurzgeschlossenem Eingang des Röhrengalvanometers der Gitterstrom Null ist. Als Brückenindikator dient ein Differentialgalvanometer 5, an dessen einem Klemmenpaar die Brückendiagonalspannung und an dessen anderem Klemmenpaar eine Hilfsspannung liegt, die eine - der Diagonalspannung entsprechende Charakteristik aufweist, wodurch die Anzeige des Brùckenindikators in einem bestimmten Gebiet von Spannungsschwankungen der Speisestromquelle unabhängig ist.
  • Das Meßobjekt 6, dessen Spannung x gemessen werden soll, liegt an der Reihenschaltung der beiden Widerstände, spannungsunabhängiger Widerstand 7 und Elektronenwiderstand Steuergitter-Kathode. (Der Widerstand 4 ist um sehr viele Größenordnungen kleiner als die genannten Widerstände, so daß er bei diesen Betrachtungen keine Rolle spielt.) Wenn x von Null verschieden und so gerichtet ist, daß der positive Pol des Meßobjektes an dem Widerstand 7 liegt, fließt ein positiver Gitterstrom. Er erzeugt an dem Widerstand 7 einen Spannungsabfall, so daß an dem.
  • Steuergitter nur ein Bruchteil der zu messenden Spannung zur Wirkung kommt. Das Verhältnis - am Gitter wirksame Spannung zu Meßspannung - ist nicht konstant. Die Elektronenstrecke Steuergitter-Kathode stellt einen spannungsabhängigen bzw. stromabhängigen Widerstand dar. Mit größer werdender Meßspannung nimmt der Gitterstrom exponentiell zu und damit der Widerstand der Elektronenstrecke ab. Der spannungsabhängige Widerstand ist weiterhin so gewählt, daß für relativ kleine Meßspannungen sein Wert in der Größenordnung des Widerstandes 7 liegt und mit größer werdender Meßspannung etwa in der gleichen Größenordnung wie diese abnimmt. Mit zunehmender Meßspannung wird damit auch das Verhältnis Meßspannung zu an der Röhre wirksam werdender Spannung größer. Zur Messung der Spannung an dem Widerstand Gitter-Kathode dienen in dein Ausführungsbeispiel die Beziehungen, die einerseits zwischen der Steuergitterspannung und dem Anodenstrom und andererseits zwischen der Steuergitterspannung und dem Raumladegitterstrom der Röhre bestehen. In dem hier in Frage kommenden Bereich bewirkt ein Ansteigen der Steuergitterspannung eine lineare Zunahme des Anodenstromes und eine lineare Abnahme des Raumladegitterstromes, und beide Stromänderungen bewirken in gleichem Sinne eine Änderung der an dem einen Klemmenpaar des Differentialgalvanometers 5 liegenden Diagonalspannung, die damit ein Maß für die Steuergitterspannung und damit ein Maß für die zu messende Spannung bildet.
  • In der Fig. 2 ist die Charakteristik der beschriebenen Meßanordnung wiedergegeben, bei welcher auf der Abszissenachse die Logarithmen der Spannungswerte r und auf der Ordinatenachse die Ausschläge des Brückeninstrumentes in linearem Maßstab aufgetragen sind. Die Figur läßt erkennen, daß die Beziehung zwischen den Größen in dem gewählten Bereich praktisch linear verläuft und die Meßanordnung einen sehr großen Spannungsbereich umfaßt.
  • Die beschriebene neue Schaltung weist durch die Anwendung des Erfindungsgedankens gegenüber den bekannten Schaltungen eine Reihe von Vorteilen auf. Der Eingangswiderstand bei kleinen Meßspannungen ist größer geworden. Mit zunehmender Meßspannung nimmt dieser Widerstand nur so wenig ab, daß er größenordnungsmäßig unverändert bleibt, während er bei den bekannten Schaltungen mit zunehmendem x um viele Größenordnungen kleiner wird. Die Röhre arbeitet immer in der Nähe des gewählten Arbeitspunktes auf der Gitterstromkennlinie, die Belastung des Meßobjektes durch das Röhrengalvanometer bleibt auch bei sehr großen Meßspannungen sehr klein und innerhalb eines vorher genau festlegbaren Bereiches, so daß keine Gefahr mehr besteht, daß das Meßergebnis durch ein unzulänglich großes Anwachsen des Gitterstromes gefälscht werden könnte. Die Meßgenauigkeit bleibt in dem gesamten Bereich konstant, und das Gebiet, innerhalb welchem die Anzeige des Brückeninstrumentes unabhängig von Schwankungen der Brückenstromquelle bleibt, ist bedeutend größer geworden.
  • Die beschriebene Anordnung gibt nur ein Beispiel für die Ausgestaltung einer Meßanordnung gemäß dem Erfindungsgedanken wieder. Seine Anwendung ist weder auf die Verwendung in Röhrengalvanometerschaltungen noch auf die Verwendung von Elektronenröhren noch auf die Messungen von Gleichspannungen beschränkt. Anwendung und Ausgestaltung können entsprechend den Ausführungen des Hauptpatents in mannigfacher Weise ganz allgemein zur Messung von Gleich- und Wechselspannungen bzw. Gleich- und Wechselströmen dienen, wobei diese Größen selbst wiederum von anderen Größen abhängen und die Meß anordnungen damit mittelbar zur Bestimmung dieser Größen Verwendung finden können.
  • Als spannungsabhängige bzw. stromabhängige Widerstände können alle Schaltelemente dienen, bei welchen der Quotient - angelegte Spannung dividiert durch den durchfließenden Strom - eine Funktion der angelegten Spannung bzw. des Stromes in dem Schaltelement ist, wie Elektronenstrecken, Ionenstrecken, Trockengleichrichter, gesättigte oder vormagnetisierte Drosseln, Heiß leiter usw. Der Bereich, innerhalb welchem sich der Quotient ändern soll, kann, wie im Hauptpatent ausgeführt ist, durch die Art dieser Elemente, durch ihre Dimensionierung, durch Regelung von außen, wie z. B. bei Diodenstrecken mit Hilfe der Heizung der Kathode usw., dem Bereich, innerhalb welchem die Werte der zu messenden Größe liegen, angepaßt werden. Ebenso läßt sich durch diese Maßnahmen und weiterhin durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer spannungsabhängiger Widerstände, z. B. unter Verwendung von Mehrgitterröhren oder Röhren mit mehreren Systemen oder Schaltkombinationen aus solchen, gegebenenfalls auch mit spannungsunabhängigen Widerständen, die Charakteristik der Anordnung weitgehend beeinflussen und einem vorgebenen Verwendungszweck anpassen.
  • Die Anordnungen können auch zu Regel- oder Steuerorganen ausgestaltet werden, z. B. durch Verwendung eines Drehmagneten als Brückenindikator, der beim Unterschreiten oder Überschreiten eines vorgegebenen Wertes den Schaltvorgang auslöst.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Schaltungsanordnung nach Patent 943 420 zum Messen elektrischer Spannungen oder Ströme, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt, dessen Spannung oder Strom gemessen werden soll, Teil eines mit Gleichstrom oder Wechselstrom betriebenen Netzes oder Netzwerkes ist, in welches spannungsabhängige bzw. stromabhängigeWiderstände in derWeise eingefügt sind, daß ihre Werte von Spannung oder Strom des Meßobjektes abhängen und sich bei Änderung dieser Größen vorzugsweise in der gleichen Größenordnung wie diese ändern, so daß eine von den genannten Elementen abhängige elektrische Größe des Netzes oder Netzwerkes ein Maß für die zu bestimmende Größe des Meßobjektes bildet.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Elektronenstrecken von Elektronenröhren mit zwei oder mehreren Elektroden als spannungsabhängige Widerstände in das Netz oder Netzwerk eingefügt sind.
  3. 3. Anordnung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronenröhre mit mehreren Systemen verwendet wird und eine oder mehrere Elektronenstrecken eines oder mehrerer Systeme der Röhre als spannungsabhängige Widerstände in das Netz oder Netzwerk eingefügt sind.
  4. 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere elektrische Kenngrößen der Röhre oder eine oder mehrere von diesen abhängige elektrische Größen das Maß für die zu bestimmende Größe bilden.
  5. 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsabhängige Widerstand mit einem spannungsunabhängigen Widerstand in Reihe und an dieser Reihenschaltung das zu messende Objekt liegt und die Spannung an dem spannungsabhängigen Widerstand das Maß für die zu messende Größe bildet.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsabhängiger Widerstand eine gesättigte oder vormagnetisierte Drossel in das Netz oder Netzwerk eingefügt ist.
  7. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des spannungsabhängigen Widerstandes dem Bereich der zu messenden Größe durch eine Regelung angepaßt wird.
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